Vannkraft er å omdanne vannenergien fra naturlige elver til elektrisitet som folk kan bruke. Det finnes ulike energikilder som brukes i kraftproduksjon, som solenergi, vannkraft i elver og vindkraft generert av luftstrøm. Kostnaden for vannkraftproduksjon ved hjelp av vannkraft er billig, og bygging av vannkraftverk kan også kombineres med andre vannbesparende prosjekter. Landet vårt er svært rikt på vannkraftressurser, og forholdene er også svært gode. Vannkraft spiller en viktig rolle i oppbyggingen av den nasjonale økonomien.
Vannstanden oppstrøms i en elv er høyere enn vannstanden nedstrøms. På grunn av forskjellen i vannstanden i elven genereres vannenergi. Denne energien kalles potensiell energi eller potensiell energi. Forskjellen mellom høyden på elvevannet kalles fallet, også kalt vannstandsforskjellen eller vannhoden. Dette fallet er en grunnleggende betingelse for dannelsen av hydraulisk kraft. I tillegg avhenger størrelsen på den hydrauliske kraften også av størrelsen på vannstrømmen i elven, som er en annen grunnleggende betingelse som er like viktig som fallet. Både fallet og strømningen påvirker direkte den hydrauliske kraften; jo større vannvolumet i fallet er, desto større er den hydrauliske kraften; hvis fallet og vannvolumet er relativt lite, vil produksjonen fra vannkraftverket være mindre.
Fallet uttrykkes vanligvis i meter. Gradient er forholdet mellom fall og avstand, som kan indikere graden av dråpekonsentrasjon. Dråpet er mer konsentrert, og bruken av hydraulisk kraft er mer praktisk. Fallet som brukes av et vannkraftverk er forskjellen mellom vannoverflaten oppstrøms vannkraftverket og vannoverflaten nedstrøms etter å ha passert gjennom turbinen.
Vannføring er mengden vann som renner i en elv per tidsenhet, og det uttrykkes i kubikkmeter på ett sekund. Én kubikkmeter vann er ett tonn. Vannføringen i en elv endres til enhver tid, så når vi snakker om vannføringen, må vi forklare tiden på det spesifikke stedet den renner. Vannføringen endres svært betydelig over tid. Elvene i landet vårt har generelt stor vannføring i regntiden om sommeren og høsten, og relativt liten om vinteren og våren. Vanligvis er vannføringen i elven relativt liten i oppstrøms løp; fordi sideelvene smelter sammen, øker nedstrøms løp gradvis. Derfor, selv om fallet oppstrøms er konsentrert, er løpingen liten; nedstrøms løpingen er stor, men fallet er relativt spredt. Derfor er det ofte mest økonomisk å bruke hydraulisk kraft i de midtre delene av elven.
Når man kjenner til fallet og vannføringen som brukes av et vannkraftverk, kan produksjonen beregnes ved hjelp av følgende formel:
N= GQH
I formelen kan N-utgang, i kilowatt, også kalles effekt;
Q–strømning, i kubikkmeter per sekund;
H – fall, i meter;
G = 9,8, er tyngdeakselerasjonen, enhet: Newton/kg
I henhold til formelen ovenfor beregnes den teoretiske effekten uten å trekke fra tap. Faktisk har turbiner, overføringsutstyr, generatorer osv. uunngåelige effekttap i prosessen med vannkraftproduksjon. Derfor bør den teoretiske effekten diskonteres, det vil si at den faktiske effekten vi kan bruke bør multipliseres med effektivitetskoeffisienten (symbol: K).
Den designerte effekten til generatoren i vannkraftverket kalles nominell effekt, og den faktiske effekten kalles den faktiske effekten. I prosessen med energitransformasjon er det uunngåelig å miste en del av energien. I prosessen med vannkraftproduksjon er det hovedsakelig tap fra turbiner og generatorer (det er også tap i rørledninger). De forskjellige tapene i det landlige mikrovannkraftverket står for omtrent 40–50 % av den totale teoretiske effekten, slik at produksjonen fra vannkraftverket faktisk bare kan bruke 50–60 % av den teoretiske effekten, det vil si at virkningsgraden er omtrent 0,5–0,60 (hvorav turbinvirkningsgraden er 0,70–0,85, virkningsgraden til generatorer er 0,85 til 0,90, og virkningsgraden til rørledninger og overføringsutstyr er 0,80 til 0,85). Derfor kan den faktiske effekten (utgangen) fra vannkraftverket beregnes som følger:
K – virkningsgraden til vannkraftverket, (0,5～0,6) brukes i den grove beregningen av mikrovannkraftverket; denne verdien kan forenkles som:
N=(0,5～0,6)QHG Faktisk effekt = virkningsgrad × strømning × fall × 9,8
Bruken av vannkraft er å bruke vannkraft til å drive en maskin, som kalles en vannturbin. For eksempel er det gamle vannhjulet i landet vårt en veldig enkel vannturbin. De forskjellige hydrauliske turbinene som brukes i dag er tilpasset forskjellige spesifikke hydrauliske forhold, slik at de kan rotere mer effektivt og omdanne vannenergi til mekanisk energi. En annen type maskineri, en generator, er koblet til turbinen, slik at generatorens rotor roterer med turbinen for å generere elektrisitet. Generatoren kan deles inn i to deler: den delen som roterer med turbinen og den faste delen av generatoren. Den delen som er koblet til turbinen og roterer kalles generatorens rotor, og det er mange magnetiske poler rundt rotoren; en sirkel rundt rotoren er den faste delen av generatoren, kalt generatorens stator, og statoren er pakket inn i mange kobberspoler. Når mange magnetiske poler på rotoren roterer midt i statorens kobberspoler, genereres det en strøm på kobbertrådene, og generatoren omdanner mekanisk energi til elektrisk energi.
Den elektriske energien som genereres av kraftverket omdannes til mekanisk energi (elektrisk motor eller motor), lysenergi (elektrisk lampe), termisk energi (elektrisk ovn) og så videre av diverse elektrisk utstyr.
sammensetningen av vannkraftverket
Sammensetningen av et vannkraftverk inkluderer: hydrauliske konstruksjoner, mekanisk utstyr og elektrisk utstyr.
(1) Hydrauliske konstruksjoner
Den har demninger, inntaksporter, kanaler (eller tunneler), trykkfortanker (eller reguleringstanker), trykkrør, kraftverk og avløp, osv.
En demning bygges i elven for å blokkere elvevannet og heve vannoverflaten for å danne et reservoar. På denne måten dannes et konsentrert fall mellom vannoverflaten i reservoaret på demningen og vannoverflaten i elven under demningen, og deretter føres vannet inn i vannkraftverket ved hjelp av vannrør eller tunneler. I relativt bratte elver kan bruk av avledningskanaler også danne et fall. For eksempel: Vanligvis er fallet per kilometer i en naturlig elv 10 meter. Hvis en kanal åpnes i den øvre enden av denne delen av elven for å introdusere elvevann, vil kanalen bli gravd ut langs elven, og kanalens skråning vil bli flatere. Hvis fallet i kanalen gjøres per kilometer, faller den bare 1 meter, slik at vannet strømmer 5 kilometer i kanalen, og vannoverflaten faller bare 5 meter, mens vannet faller 50 meter etter å ha beveget seg 5 kilometer i den naturlige kanalen. På dette tidspunktet ledes vannet fra kanalen tilbake til kraftverket av elven med et vannrør eller en tunnel, og det er et konsentrert fall på 45 meter som kan brukes til å generere elektrisitet. Figur 2
Bruken av avledningskanaler, tunneler eller vannrør (som plastrør, stålrør, betongrør osv.) for å danne et vannkraftverk med et konsentrert fall kalles et avledningskanalvannkraftverk, som er en typisk utforming av vannkraftverk.
(2) Mekanisk og elektrisk utstyr
I tillegg til de ovennevnte hydrauliske arbeidene (demninger, kanaler, forplasser, trykkrør, verksteder), trenger vannkraftverket også følgende utstyr:
(1) Mekanisk utstyr
Det finnes turbiner, regulatorer, sluseventiler, transmisjonsutstyr og ikke-genererende utstyr.
(2) Elektrisk utstyr
Det finnes generatorer, distribusjonskontrollpaneler, transformatorer og overføringslinjer.
Men ikke alle små vannkraftverk har de ovennevnte hydrauliske konstruksjonene og mekaniske og elektriske utstyret. Hvis vannsøylen er mindre enn 6 meter i lavvannkraftverket, brukes vanligvis vannføringskanalen og den åpne vannkanalen, og det er ingen trykkforbasseng og trykkvannsrør. For kraftverk med liten strømforsyningsrekkevidde og kort overføringsavstand brukes direkte kraftoverføring og ingen transformator er nødvendig. Vannkraftverk med reservoarer trenger ikke å bygge demninger. Bruk av dype inntak, demningsrør (eller tunneler) og overløp eliminerer behovet for hydrauliske konstruksjoner som demninger, inntaksporter, kanaler og trykkforbassenger.
For å bygge et vannkraftverk må det først utføres grundig kartlegging og designarbeid. I designarbeidet er det tre designfaser: forprosjektering, teknisk design og konstruksjonsdetaljering. For å gjøre en god jobb i designarbeidet er det først nødvendig å utføre et grundig kartleggingsarbeid, det vil si å fullt ut forstå de lokale naturlige og økonomiske forholdene – dvs. topografi, geologi, hydrologi, kapital og så videre. Riktigheten og påliteligheten til designet kan bare garanteres etter å ha mestret disse situasjonene og analysert dem.
Komponentene i små vannkraftverk har forskjellige former avhengig av typen vannkraftverk.
3. Topografisk kartlegging
Kvaliteten på det topografiske kartleggingsarbeidet har stor innflytelse på den ingeniørmessige layouten og estimeringen av ingeniørmengden.
Geologisk utforskning (forståelse av geologiske forhold) i tillegg til generell forståelse og forskning på geologien i vannskillet og langs elven, er det også nødvendig å forstå om fundamentet i maskinrommet er solid, noe som direkte påvirker sikkerheten til selve kraftverket. Når dæmningen med et visst reservoarvolum ødelegges, vil det ikke bare skade selve vannkraftverket, men også forårsake store tap av liv og eiendom nedstrøms.
4. Hydrologisk test
For vannkraftverk er de viktigste hydrologiske dataene registreringer av vannstand i elver, vannføring, sedimentinnhold, isingsforhold, meteorologiske data og flomundersøkelsesdata. Størrelsen på elveføringen påvirker utformingen av overløpet til vannkraftverket. Undervurdering av flommens alvorlighetsgrad vil forårsake skade på demningen; sedimentet som føres av elven kan i verste fall raskt fylle reservoaret. For eksempel vil tilstrømningskanalen føre til at kanalen slammer til, og det grovkornede sedimentet vil passere gjennom turbinen og forårsake slitasje på turbinen. Derfor må byggingen av vannkraftverk ha tilstrekkelige hydrologiske data.
Derfor, før vi bestemmer oss for å bygge et vannkraftverk, må vi først undersøke retningen for den økonomiske utviklingen i kraftforsyningsområdet og den fremtidige etterspørselen etter elektrisitet. Samtidig må vi anslå situasjonen for andre kraftkilder i utviklingsområdet. Først etter forskning og analyse av ovennevnte situasjon kan vi avgjøre om vannkraftverket må bygges og hvor stort omfanget bør være.
Generelt er formålet med vannkraftundersøkelser å gi nøyaktig og pålitelig grunnleggende informasjon som er nødvendig for design og bygging av vannkraftverk.
5. Generelle vilkår for valg av sted
De generelle betingelsene for å velge et sted kan forklares ut fra følgende fire aspekter:
(1) Det valgte stedet bør kunne utnytte vannenergi på den mest økonomiske måten og overholde prinsippet om kostnadsbesparelser, det vil si at etter at kraftverket er ferdigstilt, brukes minst mulig penger og produseres mest strøm. Dette kan vanligvis måles ved å estimere de årlige inntektene fra kraftproduksjonen og investeringen i byggingen av verket for å se hvor lang tid det tar å tjene inn den investerte kapitalen. Imidlertid er de hydrologiske og topografiske forholdene forskjellige på forskjellige steder, og strømbehovet er også forskjellig, så byggekostnadene og investeringene bør ikke begrenses av bestemte verdier.
(2) De topografiske, geologiske og hydrologiske forholdene på det valgte stedet bør være relativt gode, og det bør være muligheter innen design og konstruksjon. Ved bygging av små vannkraftverk bør bruken av byggematerialer være i samsvar med prinsippet om «lokale materialer» så mye som mulig.
(3) Det valgte stedet må være så nært strømforsynings- og prosesseringsområdet som mulig for å redusere investeringen i kraftoverføringsutstyr og strømtapet.
(4) Ved valg av sted bør eksisterende hydrauliske konstruksjoner utnyttes så mye som mulig. For eksempel kan vanndråpen brukes til å bygge et vannkraftverk i en vanningskanal, eller et vannkraftverk kan bygges ved siden av et vanningsreservoar for å generere elektrisitet fra vanningsstrømmen, og så videre. Fordi disse vannkraftverkene kan oppfylle prinsippet om å generere elektrisitet når det er vann, er deres økonomiske betydning mer åpenbar.
Publisert: 19. mai 2022
